亮度控制装置以及亮度控制方法
专利名称：亮度控制装置以及亮度控制方法
技术领域：
本发明涉及亮度控制装置以及亮度控制方法，特别涉及用于在显示器装置等中在画面上向用户显示最适当的影像或图像，并且实现高效率的消耗功率的削减的亮度控制装置以及亮度控制方法。
背景技术：
目前，在显示影像或图像的各种显示器装置中进行了高画质化或消耗功率的改善等研究(例如参照专利文献1 幻。另外，作为最近的显示器装置，特别是液晶显示装置 (LCD:Liquid Crystal Display)得到了广泛使用。一般来说，IXD包含使用光来显示图像的输出面板、产生光的背光灯单元而构成。 在此，以向输出面板的显示图像的有效显示区域均勻地提供光为主要目的来设计背光灯单兀。另外，目前已知用于控制上述背光灯单元的控制装置(例如内容分析器 (Contents Analyzer)等)，在这些控制装置中一般通过单纯的APL(Average Picture Level 平均图像电平)检测来进行背光灯控制。另外，目前已知在控制LCD面板的背光灯的亮度的情况下，通过影像信号的APL信息来线性(Linear)地进行亮度控制。但是，上述现有方法中所示的通过APL检测来进行的背光灯控制，无法使影像内容(Contents)最适当地工作，因此，例如黑成分多的APL50%信息和白成分多的APL50%信息的控制成为相同的控制动作，因此存在容易发生黑色崩溃或白色崩溃现象的问题。另外，背光灯单元一般位于LCD面板的背面，亮度控制以调光(Dimming)用的块单位来动作。但是，在背光灯的动作区域中，由于是不对影像信号的析像度造成影响的低析像度的调光动作，所以产生背光灯的亮度和影像信号的亮度析像度的差。这就是所谓的“背光灯亮度干涉干扰”。该现象的特征为特别在亮度变化大的部分容易发生。而且，如现有方法所示，在依存于APL的背光灯的亮度控制中进行了线性 (Linear)控制的情况下可以降低消耗功率，但是由于进行线性控制会产生对比度降低这样的副作用。专利文献1 日本特开2009-294637号公报专利文献2 日本特开2009-109975号公报专利文献3 日本特开2007-183639号公报
发明内容
因此，鉴于上述问题而提出本发明，其目的在于提供一种用于在显示器装置等中在画面上向用户显示最适当的影像或图像，并且实现高效率的消耗功率的削减的亮度控制装置以及亮度控制方法。为了解决上述课题，本发明采用了具有以下特征的用于解决课题的手段。本发明的第一方式，是一种亮度控制装置(10、60、70)，其进行与显示所输入的影像信号的显示画面对应的背光灯的亮度控制，其中，具有影像信息分析单元(12)，其对从所述影像信号中包含的影像帧中获得的平均亮度电平、亮度直方图信息、颜色直方图信息以及频率直方图信息中的至少一个要素中的信息进行分析；块信息取得单元(13)，其根据通过所述影像信息分析单元(1 获得的分析结果，将影像帧分割为预定的块，取得每个该块的影像信息；亮度补偿单元(17、62)，其进行与通过所述块信息取得单元(1 分割出的各块对应的背光灯的亮度补偿；以及背光灯驱动控制单元(15)，其根据通过所述亮度补偿单元(17)获得的补偿信息，进行所述显示画面中包含的每个块的背光灯的驱动控制。根据第一方式的发明，可以使用户容易观看地在画面上显示最适当的影像，并且可以实现高效率的消耗功率的削减。在本发明的第二方式中，所述亮度补偿单元(17、62)，根据通过所述影像信息分析单元获得的分析结果，进行针对背光灯的亮度值的偏移补偿和/或非线性补偿。在本发明的第三方式中，所述亮度控制装置具有影像补偿单元(71、72、73)，其根据通过所述亮度补偿单元(17、6幻获得的针对所述背光灯的亮度补偿信息，来进行针对所述影像信号的补偿。在本发明的第四方式中，所述影像信息分析单元(12)，使用所述亮度直方图信息、 所述颜色直方图信息以及所述频率直方图信息中的至少一个和所述平均亮度电平，来分析所述影像帧中的亮度变化为预定值以上的区域。本发明的第五方式是一种亮度控制方法，其用于进行与显示所输入的影像信号的显示画面对应的背光灯的亮度控制，其中，具有以下步骤影像信息分析步骤(S02)，对从所述影像信号中包含的影像帧中获得的平均亮度电平、亮度直方图信息、颜色直方图信息以及频率直方图信息中的至少一个要素中的信息进行分析；块信息取得步骤(S03)，根据通过所述影像信息分析步骤(S(^)获得的分析结果，将影像帧分割为预定的块，取得每个该块的影像信息；亮度补偿步骤(S04)，进行与通过所述块信息取得步骤(SO； )分割出的各块对应的背光灯的亮度补偿；以及背光灯驱动控制步骤(S05)，根据通过所述亮度补偿步骤获得的补偿信息，进行所述显示画面中包含的每个块的背光灯的驱动控制。根据第五方式的发明，可以使用户容易观看地在画面上显示最适当的影像，并且可以实现高效率的消耗功率的削减。在本发明的第六方式中，所述亮度补偿步骤(S04)中，根据通过所述影像信息分析步骤获得的分析结果，进行针对背光灯的亮度值的偏移补偿和/或非线性补偿。在本发明的第七方式中，所述亮度控制方法具有影像补偿步骤(S06)，根据通过所述亮度补偿步骤(S04)获得的针对所述背光灯的亮度补偿信息，来进行针对所述影像信号的补偿。在本发明的第八方式中，所述影像信息分析步骤(S02)中，使用所述亮度直方图信息、所述颜色直方图信息以及所述频率直方图信息中的至少一个和所述平均亮度电平， 来分析所述影像帧中的亮度变化为预定值以上的区域。此外，上述参照符号仅为参考，并非由此将本申请的发明限定为图示的形态。根据本发明，可以在显示器装置等中在画面上向用户显示最适当的影像和图像， 并且可以实现高效率的消耗功率的削减。
图1是表示第一实施方式中的亮度控制装置的功能结构的一例的图。图2是表示本实施方式中的亮度控制处理步骤的一例的概要流程图。图3是表示本实施方式中能够应用的发光元件的块结构的一例的图。图4是用于说明背光灯驱动控制单元的概要结构的图。图5是表示本实施方式中的背光灯驱动控制单元的结构例的图。图6是表示第二实施方式中的亮度控制装置的功能结构的一例的图。图7是表示第三实施方式中的亮度控制装置的功能结构的一例的图。图8是用于说明本实施方式中的亮度补偿的具体例的图。图9A是表示设定与亮度控制对应的各种条件的设定画面的一例的图(其一)。图9B是表示设定与亮度控制对应的各种条件的设定画面的一例的图(其二)。图9C是表示设定与亮度控制对应的各种条件的设定画面的一例的图(其三)。图9D是表示设定与亮度控制对应的各种条件的设定画面的一例的图(其四)。图9E是表示设定与亮度控制对应的各种条件的设定画面的一例的图(其五)。图10是用于说明本实施方式中的动态背光灯亮度控制的具体例的图。图11是用于说明本实施方式中的背光灯亮度的非线性、偏移控制的具体例的图。图12是用于说明本实施方式中的防止调光块干涉干扰的具体例的图。符号说明10、60、70亮度控制装置11影像处理单元12影像信息分析单元13块信息取得单元14块单位控制单元15背光灯驱动控制单元16背光灯单元17背光灯亮度补偿单元18定时控制单元19、20、30 显示单元21 元素(element)22元素块23亮度控制块31面板控制IC32、45 驱动器 IC33驱动器IC群41主基板42驱动器基板43微型计算机部44FPGA (Field Programmable Gate Array 现场可编程门阵列)51脉冲发生部
520SC (振荡器)53PWM 阵列54 门(Gate)阵列55S/P (串行/并行)变换部61滤波器部62亮度补偿单元63PWM控制单元64显示装置71白平衡控制单元72对比度补偿控制单元73色彩补偿单元
具体实施例方式(关于本发明)本发明不是像现有方法那样检测APL来控制背光灯，而是分析APL以外的内容信息，与其分析结果相对应地控制背光灯。此外，作为在本发明中分析的内容信息，例如有从影像中得到的“亮度直方图(Histogram)信息”、“颜色(Color)直方图(包含色调、色饱和
度等)信息”、“频率直方图信息”等。另外，在本发明中，通过把上述各直方图信息与现有的APL信息组合，进行更适当的背光灯控制。另外，在本发明中进行内容信息的详细分析，来进行不受背光灯的块数影响的背光灯控制。另外，在本发明中，对于背光灯的控制特性不仅进行与内容信息(也包含 APL等)对应的线性补偿，还进行非线性补偿。而且，在本发明中，对于背光灯的控制特性，还与内容信息(也包含APL等)对应地实现偏移(Off-set)控制。另外，在本发明中，为了减少由于背光灯控制而导致的背光灯亮度干涉干扰，根据背光灯信息向信号系统送出补偿信息。以下，使用附图等说明适当地实施了用于实现上述特征的本发明中的亮度控制装置以及亮度控制方法的方式。此外，在以下所述的实施方式的例子中，作为显示单元的一例而假定使用LCD，但是在本发明中不限于此。另外，在以下所示的实施方式中主要说明向显示器等显示单元输出影像信号时的亮度控制，但是在本发明中不限于此，也包含图像等。(第一实施方式)(亮度控制装置的功能结构例)图1是表示第一实施方式中的亮度控制装置的功能结构的一例的图。图1所示的亮度控制装置10具有影像处理单元11、影像信息分析单元12、块信息取得单元13、块单位控制单元14、背光灯驱动控制单元15、背光灯单元16、背光灯亮度补偿单元17、定时控制单元18和显示单元19。影像处理单元11在所输入的影像信号已被压缩编码的情况下，进行该信号的解码，或者在通过受限接收广播等进行了加扰等加密处理的情况下，使用预先设定的密钥信息等进行解密(解扰)。即，影像处理单元11对所输入的影像信号进行适当变换，以便能够通过后级的各结构对影像信号进行处理，并可以从显示单元19显示影像。另外，影像处理单元11将所输入的信号输出到影像信息分析单元12以及背光灯亮度补偿单元17。影像信息分析单元12对于通过影像处理单元11输入的影像信号，检测APL、亮度直方图、颜色直方图(色调、色饱和度)、频率直方图中的至少一个信息并进行影像信息的分析。此外，在后面对影像信息分析单元12中的分析内容的细节进行描述。另外，影像信息分析单元12将分析而得的结果输出到块信息取得单元13。块信息取得单元13根据通过影像信息分析单元12得到的分析结果、和预先设定的针对影像信号的控制信号，设定每个块单位的大小(像素数、英寸等)等。这样，通过根据影像信息等设定块单位的大小，可以与影像信息对应地控制块单位的背光灯。此外，块信息取得单元13不仅针对控制信号的输入执行处理，例如在根据预先设定的控制信息，通过影像信息分析单元12输入了分析结果的信息时也可以自动地进行处理。另外，块信息取得单元13将所取得的块信息输出到块单位控制单元14。块单位控制单元14根据通过块信息取得单元13获得的块信息，针对与影像信号对应的每个块进行偏移控制以及非线性补偿。另外，块单位控制单元14对于所输入的影像信号通过PWM(Pulse Width Modulation)等进行调制处理。此外，在后面描述块单位控制单元14中的块单位的控制内容的具体例子。另外，块单位控制单元14将影像中包含的各块的偏移(Offset)控制信息以及非线性补偿信息输出到背光灯驱动控制单元15以及背光灯亮度补偿单元17。背光灯驱动控制单元15，与通过块单位控制单元14获得的每个块的偏移控制信息或非线性补偿信息等相对应地，进行与各块位置对应的背光灯的驱动控制。此外，背光灯驱动控制单元15可以根据来自定时控制单元18的时钟信号，将进行了定时控制的驱动信号输出到背光灯单元16，以便与通过定时控制单元18输出的影像信号的显示单元19的影像同步地驱动背光灯。在此，通常与LCD中设置的R (红)、G (绿)、B (蓝)三种颜色的LED (Light Emitting Diode)元件等相对应地分别成对地设置背光灯。因此，优选针对每个LED元件来进行每个像素的调整，但是在这种情况下，花费成本和处理时间。因此，在本实施方式中以预定的块单位来进行处理。由此可以实现成本的削减和高效化。背光灯驱动控制单元15将与各块对应的各个驱动控制信号输出到背光灯单元 16。背光灯单元16根据与所设定的各块对应的各个驱动控制信号，通过分别设定的预定的亮度控制，使处于各块的预定位置的背光灯点亮，使其光照射显示单元19的画面。背光灯亮度补偿单元17根据通过块单位控制单元14获得的偏移控制信息以及非线性补偿信息，对通过影像处理单元11获得的影像信号进行基于背光灯的亮度补偿。 即，背光灯亮度补偿单元17对预先根据信号信息而得到的亮度信息进行逆补偿来微调 (trimming)，并反馈到影像信号侧。在此，背光灯位于例如显示单元19的背面等，以亮度控制用的块为单位来动作。 另外，背光灯的动作是不影响影像信号的析像度的低析像度的调光动作。因此，根据本实施方式，可以防止产生与影像信号的亮度析像度的差这样的块亮度干涉干扰，可以使用户容易观看地在显示器画面上显示最适当的影像。另外，背光灯亮度补偿单元17通过偏移控制信息以及非线性补偿信息进行影像信号的补偿，由此，可以与背光灯的脉冲控制功能等一起进行亮度、对比度、色彩等的控制。
此外，在本实施方式中，背光灯亮度补偿单元17中通过调光块的结构反馈到影像信号侧的信息变化，而且需要还根据显示单元19的亮度透射率等适当地调整补偿量。在这种情况下，例如可以使用用预先设定的亮度透射率检测用摄像机等检测出的结果自动地调整反馈的信息。背光灯亮度补偿单元17将通过上述处理等补偿后的影像信号输出到定时控制单元18。定时控制单元18进行与显示单元19的画面的水平方向、垂直方向匹配地显示通过背光灯亮度补偿单元17获得的影像信号的时间的控制，生成在显示单元19的一面上显示的图像信息，并将所生成的图像输出到显示单元19。而且，定时控制单元18，为了与画面上显示的影像同步地通过背光灯单元16点亮背光灯，对于背光灯驱动控制单元15，将与将影像信号输出到输出单元19的定时相对应地点亮与该影像信号对应的背光灯的定时控制信号输出到背光灯驱动控制单元15。由此，可以使显示单元19的影像输出和背光灯单元16的与该影像对应的背光输出同步。显示单元19在画面上显示通过定时控制单元18生成的影像信息。此外，作为显示单元19例如可以利用LCD面板等，但在本发明中不限定于此。通过上述结构，在本实施方式中可以使IXD面板的背光灯与影像内容关联地动态 (Dynamic)工作，提供更高对比度的影像。即，根据本实施方式，可以进行与影像内容对应的最适当的背光灯控制。因此，可以改善当进行LCD背光灯中的各种调光动作时发生的对影像信号的亮度干涉干扰，可以使调光动作成为更适当的动作。另外，目前通过单纯的APL检测进行的背光灯控制是主流，但是，根据本实施方式，即使APL的检测结果为相同值，通过使用上述各种直方图的检测结果，也可以进行更细致的背光灯控制。因此，例如通过亮度直方图检测，可以明确地识别白成分多的APL50 %、黑成分多的APL50 %的差异，所以可以进行最适当的背光灯控制。另外，在本实施方式中，除了通过现有的APL检测而处理的基准亮度控制以外，可以通过亮度直方图检测来实现最适当的亮度控制，例如通过进行颜色直方图检测，可以通过最适当的白平衡(White Balance)控制等进行针对RGB的LED背光灯控制。S卩，在本实施方式中，可以仅使用直方图的检测结果来进行背光灯亮度控制，也可以组合APL的检测结果和直方图的检测结果来进行背光灯亮度控制。(亮度控制处理步骤)接着，使用流程图说明上述亮度控制装置10中的亮度控制处理步骤的例子。图2 是表示本实施方式中的亮度控制处理步骤的一例的概要流程图。在图2中，在本实施方式中的亮度控制处理中，首先如上所述，对本实施方式中输入的影像信号进行解码或平均化、对比度调整等影像处理(SOI)。接着，对于通过SOl的处理而获得的影像信号，检测APL、亮度直方图、颜色直方图、频率直方图中至少一个的信息来进行影像的分析处理(S02)。接着，根据S02的处理所获得的结果，与影像对应地生成例如与一帧图像对应的各块，并取得具有识别所生成的各块的识别信息的块信息(S03)。此外，所谓块信息，例如包含表示所生成的各块是一帧中的哪里的帧的信息、或与该被块分割后的帧相关的信息等。另外，帧的分割，按照根据图像的内容或装置的处理性能等预先设定的大小来进行分割。此外，上述图像的内容，例如包含1帧中的邻接像素间或邻接帧间的同一位置的像素间的亮度差在预定值以上的部分等信息等。另外，以通过S03的处理所获得的块单位进行偏移补偿或非线性补偿等(S04)，与其补偿结果对应地进行背光灯驱动控制(S05)。另外，对于通过SOl的处理所获得的分割前的影像信号，也根据S04的处理中获得的补偿结果进行与背光灯对应的影像的亮度补偿(S06)。此后，进行用于使输出的影像和与影像对应的背光的输出同步的定时控制(S07)，进行背光的输出以及影像的显示(S08)。在此，判断是否结束本实施方式的亮度控制处理(S09)，在不结束的情况下(S09 中，否)返回SOl并进行以后的处理。另外，当根据来自用户等的结束指示等而结束处理时 (S09中，是)，结束在亮度控制处理中进行的影像的输出处理或对背光灯结束背光输出处理。因此，通过上述亮度控制步骤，可以在显示器装置等中在画面上对用户显示最适当的影像或图像，并且实现高效的消耗功率的削减。此外，在上述处理中，例如S06的处理所示，将背光灯的亮度控制信息反馈给影像，进行了影像信息的亮度补偿等处理，但是在本发明中不限定于此，例如，即使仅进行背光灯的亮度补偿，也可以如上所述在显示器装置等中在画面上对用户显示最适当的影像或图像，并且实现高效的消耗功率的削减。接着，对基于上述本实施方式中的结构或步骤的具体实施例进行说明。(关于背光灯的亮度控制)在上述本实施方式中应用的背光灯，例如被设置在LCD面板等显示单元19的背面或侧面等。另外，背光灯例如由与RGB分别对应的LED等发光元件构成，而且以多个发光元件为单位进行块化，使用与块化后的每个发光元件对应的驱动器ICdntegrated Circuit) 等进行亮度控制。在此，对发光元件的块结构的例子进行说明。图3是表示在本实施方式中可应用的发光元件的块结构的一例的图。此外，在图3中表示了 LCD背光灯用的LED。如图3 (a)、(b)所示，在显示单元20的预定的画面显示区域中存在R、G、B的各自的元素 (element) 21r、21g、21b。另外，通过各颜色的元素21r、21g、21b构成了组(cell)，另外构成了由多个组形成的元素块22。另外，这些元素通过多接线或点接线与驱动器IC连接。而且，多个元素块22以预定数量被配置在预定位置，构成了进行亮度补偿等控制的亮度控制块23。此外，在本实施方式中，在图3(a)、(b)中表示了亮度控制块23的数量或配置例，但在本发明中不限定于此。另外，图3(a)、(b)所示的背光灯，是被设置在LCD面板的背面的所谓的顶部类型 (Top Type)的结构，但是在本发明中不限定于此，例如也可以是被配置在显示单元20的画面的下侧或一边(右侧、左侧)或两边的、所谓的边缘类型(Edge Type)的结构。此外，上述的亮度控制块23例如通过使用如上所述从输入的影像信号获得的 APL、亮度直方图、颜色直方图、频率直方图中至少一个的检测结果，可以分割为预定大小的块单位来进行补偿。此外，在本发明中不限定于此，例如也可以分割为预先设定的块单位。(关于背光灯驱动控制单元15)接着，使用
上述背光灯驱动控制单元15的结构例。图4是用于说明背光灯驱动控制单元的概要结构的图。此外，图4(a)表示使用了边缘W类型(Edge White Type) 的高电压驱动器的结构例，图4(b)表示使用了边缘RGB类型(Edge RGB Type)的低电压驱动器的结构例，图4(c)表示顶部RGB类型(Top RGB Type)的结构例。如图4(a) (c)所示，在各个显示单元30中作为一例，将上述元素块22或亮度控制块23的某个块配置在预定的位置。另外，这些背光灯通过面板控制IC (PWM) 31进行了驱动控制，通过面板控制IC31从作为驱动器(Driver)设备的驱动器IC32或通过驱动器IC 群33连接的对应的LED输出背光。在此，在图4(a)所示的面板控制IC31中是能够供给最大200 300V的高电压的情况下的例子，在低电压的情况下如图4(b)所示，设置多个驱动器IC32-l、32-2、...，例如作为低电压可以供给最大5 MV的电压。此外，如图4(a) (c)所示，由1个驱动器IC42或驱动器IC群43控制多个元件的输出。(关于背光灯驱动控制单元15的内部结构)接着，具体说明上述背光灯驱动控制单元15的内部结构例。图5是表示本实施方式中的背光灯驱动控制单元的结构例的图。图5所示的背光灯驱动控制单元15具有主基板41和驱动器基板42，在主基板41 上具有微型计算机部43、FPGA (Field Programmable Gate Array 现场可编程门阵列)44， 在驱动器基板42上具有多个驱动器IC45。另外，在FPGA44中具有脉冲发生器51、0SC(振荡器)52、PWM阵列53、门(Gate)阵列M和S/P (串行/并行)变换部55。而且，通过电源对图5所示的主基板41以及驱动器基板42供给电力。主基板41根据从微型计算机部43得到的控制信息，使用通过FPGA44构建的门阵列M对在一个或多个驱动器基板42上设置的一个或多个驱动器IC中、对应的驱动IC输出用于驱动在背光灯单元16中设置的各块的背光灯的控制信号。具体来说，在主基板41中，FPGA44内的脉冲发生部51根据从定时控制单元获得的同步信号(Vsync)，与影像信号的定时同时地生成用于进行背光灯的亮度控制的脉冲信号。 另外，脉冲发生部51将生成的脉冲信号输出到各个门阵列M。另外，0SC52生成作为通过PWM阵列53分别生成的PWM信号的基准的基准信号， 并输出到P丽阵列53的各P丽电路。另外，主基板41通过在FPGA44内设置的S/P变换部55，基于块单位的区域时钟 (Area clock)将从块单位控制单元14获得的串行形式的控制信号变换为并行形式，并向 P丽阵列53中设置的P丽电路1 η中与区域时钟对应的P丽电路输出该控制信号。PWM阵列53根据通过0SC52获得的基准信号和通过S/P变换部55获得的控制信号，在各个PWM电路中进行脉冲宽度调制，例如生成控制LED等发光元件的发光的开/关 (0N/0FF)的控制信号，并将所生成的信号输出到在门阵列M中设置的与各PWM电路对应的门电路。在门阵列M中，根据通过脉冲发生部51获得的脉冲信号和从PWM阵列53获得的控制信号，对于在驱动器基板42中设置的一个或多个驱动器IC中、与设置在门阵列M中的各门电路对应的驱动器IC，输出来自门电路的控制信号。此外，上述微型计算机部43具体来说，根据来自外部的设定信息或预先记录的设定信息等对脉冲发生部51或S/P变换部55输出控制信号。由此，背光灯驱动控制单元15 可以对设置在背光灯单元16中的各背光灯进行预定的驱动控制。另外，驱动器基板42中，在各个驱动器基板(例如在图5的例子中，驱动器基板 (1) (m))上设置的一个或多个驱动器IC(例如在图5的例子中，驱动器基板(1)时为驱动器IC(I) ( )，根据从对应的上述门电路获得的信号，输出用于驱动背光灯单元16的各背光灯的驱动控制信号。于是，通过各驱动器IC生成的驱动控制信号被输出到背光灯单元16，进行各背光灯的控制。此外，上述PWM阵列53以及门阵列M设置了多个元件，以便可以对应分别对应于影像可变地设定的上述亮度控制块23的数量。S卩，PWM阵列53以及门阵列M，在显示单元 19中可以设置与可以分割为最大的块的数量的块数对应的元件。此外，在本实施方式中，作为可分割的数量，例如可以设想影像的像素单位或2X2像素、4X4像素、16X16像素的正方形块等，但是在本发明中不限定于此。另外，各PWM电路以及门电路可以控制与预先设定的多个分割块对应的背光灯元件。背光灯驱动控制单元15通过进行上述处理，可以通过来自驱动器IC45的驱动控制信号以预定的定时使对应的LED等背光灯元件点亮或熄灭。(第二实施方式)接着，说明本发明中的第二实施方式。在第二实施方式中，基于通过图1所示的影像处理单元11所得到的影像信号，不进行图影像自身的处理，而进行针对背光灯的亮度控制处理。在以下的实施方式的说明中，对于与上述亮度控制装置具有相同功能的结构部分赋予相同的编号，在此省略详细的说明。图6是表示第二实施方式中的亮度控制装置的功能结构的一例的图。图6所示的亮度控制装置60具有影像处理单元11、滤波器部61、块单位控制单元14、亮度补偿单元 62,PWM控制单元63、背光灯驱动控制单元15和显示装置64。此外，显示装置64至少具有上述背光灯单元16和显示单元19。第二实施方式中的亮度控制装置60将所输入的影像信号输出到影像处理单元11 和滤波器部61。影像处理单元11对所输入的影像信号实施上述影像处理，在预定的定时输出到显示装置64。滤波器部61为了在进行后级的处理前进行信号的平滑化处理，通过与所输入的影像信号的等级(grade)对应的低通滤波器进行信号的滤波处理。另外，滤波器部61在所输入的影像信号被进行了压缩编码的情况下进行该信号的解码，或者在通过受限接收广播等进行了加扰等加密处理的情况下，也可以使用预先设定的密钥信息等进行用于解码(解扰)的特别的处理。另外，滤波器部61将滤波后的影像信号输出到块单位控制单元14。块单位控制单元14进行由上述块单位的APL检测、亮度直方图检测、颜色直方图检测以及频率直方图检测中的至少一个构成的亮度控制处理。此外，本实施方式中的亮度控制处理最好将APL检测结果和上述其它直方图检测结果中的任意一个组合。另外，块单位控制单元14将每个块的控制信号输出到亮度补偿单元62。亮度补偿单元62根据每个块的亮度控制处理结果，通过来自外部的设定信息或预先记录的设定信息等，以块单位来补偿背光灯的亮度信息，将其补偿信号输出到PWM控制单元63。PWM控制单元63根据补偿后的亮度信息生成背光灯驱动控制信号，将生成的背光灯驱动控制信号输出到背光灯驱动控制单元15。因此，背光灯驱动控制单元15可以通过上述处理针对预定的每个块控制在显示装置64中设置的画面全体的背光灯。这样，在第二实施方式中仅进行了背光灯的亮度补偿。即使如此，如上所述，也可以使用户容易观看地在画面上显示最适当的影像，并且实现高效率的消耗功率的削减，而且可以通过比第一实施方式更简单的结构来实现。(第三实施方式)接着，说明本发明的第三实施方式。在第三实施方式中，对所输入的影像信号，相对于影像本身的处理，进行白平衡补偿或对比度补偿、色彩补偿等。此外，在以下的实施方式的说明中，对于与上述亮度控制装置10、60具有相同功能的结构部分赋予相同的编号， 在此省略详细的说明。图7是表示第三实施方式中的亮度控制装置的功能结构的一例的图。图7所示的亮度控制装置70具有影像信息分析单元12、白平衡控制单元71、对比度补偿控制单元 72、色彩补偿单元73、滤波器部61、块单位控制单元14、亮度补偿单元62、PWM控制单元63、 背光灯驱动控制单元15和显示装置64。此外，白平衡控制单元71、对比度补偿控制单元72 以及色彩补偿单元73中至少一个的处理相当于作为影像补偿单元的处理。第三实施方式中的亮度控制装置70将所输入的影像信号输出到影像信息分析单元12和滤波器部61。在影像信息分析单元12中，如上所述进行影像信息的APL检测、亮度直方图检测、颜色直方图检测、频率直方图检测，将获得的结果输出到白平衡控制单元71。另外，影像信息分析单元12在所输入的影像信号被进行了压缩编码的情况下进行该信号的解码，或者在通过受限接收广播等进行了加扰等加密处理的情况下，也可以使用预先设定的密钥信息等进行用于解码(解扰)的特别的处理。白平衡控制单元71根据所输入的结果进行针对影像信号的白平衡控制。此外，白平衡控制单元71与从块单位控制单元14获得的块信息对应地针对每个块补偿白平衡。对比度补偿控制单元71根据从亮度补偿单元62获得的对比度信息，针对通过白平衡补偿控制单元82获得的进行了白平衡补偿的影像信号进行对比度补偿。而且，色彩补偿单元73根据显示装置64的特性或性能等预定的条件，对从对比度补偿控制单元72获得的影像信号进行色彩补偿，通过显示装置64进行显示。另外，背光灯补偿进行与上述第二实施方式相同的处理。由此，在第三实施方式中，可以在使用户容易观看地在画面上显示最适当的影像的同时，实现高效率的消耗功率的削减。(关于多级调光(MultiDimming)处理)在此，在上述第1 第3实施方式中，如上所述那样检测块单位的影像信息，控制块单位的背光灯，因此，通过使用APL、亮度直方图、颜色直方图(色调、色饱和度)以及频率直方图中的至少一个的信息，可以实现不受背光灯的块数影响的背光灯亮度控制 (Dimming)。另外，通过应用本实施方式，可以提供自动背光灯扫描系统(Auto Backlight Scanning System(有块信息))、自动定时滤波(Auto Timing Filtering(无块信息))、多非线性补偿背光灯控制这样的多级调光(Multi Dimming)处理。此外，在本实施方式中，特别是为了分析APL以外的内容信息来控制背光灯而检测上述的各种直方图信息，或者在APL信息中加入各种直方图信息来进行最适当的背光灯控制。另外，进行内容信息的详细分析，进行不受背光灯的块数影响的背光灯控制，而且对背光灯的控制特性不仅进行与内容信息(APL等)对应的线性(Linear)补偿，还可以进行非线性补偿。而且，在本实施方式中，可以对背光灯的控制特性进行与内容信息(APL等)对应的偏移(Off-set)控制，而且为了削减由于背光灯控制而导致的背光灯块亮度干涉干扰， 也可以根据背光灯信息向信号系统送出补偿信息。(关于亮度补偿)在此，使用
上述本实施方式中的亮度补偿的具体例。图8是用于说明本实施方式中的亮度补偿的具体例的图。此外，图8(a) (c)表示各个亮度补偿的补偿图形， 图8(d)表示块调光处理的情形。在本实施方式中如图8所示，根据各个块信息来执行LED背光灯的点亮/熄灭等调光动作。在此，在图8(a)中表示将块分割数(*n)设为1、在图8(b)中表示将块分割数设为7、在图8(c)中表示将块分割数设为42来进行块亮度控制时的例子，但是在本发明中不限定于此。在本实施方式中如图8(d)所示，对于所输入的影像信息，基于所输入的块信息 (例如上述分割数1、7、42等)将所输入的影像帧分割为预定的块数，基于预先输入的分析信息(例如APL、各直方图(Histogram))、波形等各种曲线(Prof ile)，针对分割后的每个块来分析块信息。接着，在本实施方式中，基于预先输入的调光信息(例如APL、直方图、曲线或它们的混合信息(Mix))，对于该分析后的块信息进行APL、块亮度控制。而且，在本实施方式中， 根据得到的每个块的亮度控制信息，基于输入的背光灯亮度、色彩控制信息(例如线性补偿、非线性补偿、偏移(Off-set)补偿或它们的混合)，进行针对背光灯的补偿等控制，使补偿后的背光灯点亮。此外，在上述处理中，生成专用的设定画面等在显示单元等中显示要输入的各种信息，使用预先设置的输入单元等由用户进行设定，由此可以容易地进行详细的设定。在此，使用
上述设定画面。图9A 图9E是表示设定与亮度控制对应的各种条件的设定画面的一例的图 (其一 其五)。此外，这些画面基于设定信息，也具有其每个影像内容的亮度分析功能 (Dimming Contents Analyzer)。在此，图9A表示APL的设定画面例，图9B表示亮度直方图的设定画面的一例。另外，图9C表示色调直方图的设定画面的一例，图9D表示色饱和度直方图的设定画面的一例。另外，图9E表示频率直方图的设定画面的一例。在图9A所示的APL的设定画面例中，为了进行背光灯的亮度控制而从影像信号中检测APL，并根据检测出的结果进行线性补偿。此外，在图9A的例子中不限定于线性补偿， 也可以进行非线性补偿或偏移补偿。在后面描述它们的具体例子。另外，在图9B所示的亮度直方图的设定画面中，调整进行背光灯的亮度的部分补偿的设定信息(例如表等)。该设定信息例如将0 255的RGB变换为进行了白平衡等补偿的0 255的RGB。例如在图9B所示的例子中，对原影像中包含的图像信号的亮度或RGB的值的直方图(Original Histogram)进行曲线图显示，并对通过表等设定信息进行了补偿后的亮度或RGB的值的直方图(Compensated Histogram)进行曲线图显示。此外，在上述直方图的显示中，当补偿前和补偿后的信号的析像度不同时，例如进行正规化以使补偿后的图像信号的全部像素数与补偿前的影像信号的全部像素数相同。由此，可以容易地进行二者的比较。根据该亮度直方图，例如可以以图像为单位容易地掌握以何种程度包含鲜亮的颜色或白色系的颜色。另外，在图9B所示的亮度直方图的设定画面中，作为模式(Mode)可以选择补偿表的种类，显示了应用该模式(补偿表)时的输入anput)和输出(Output)的关系。该补偿表的形状可以在画面上修正，因此例如可以仅补偿暗部，或者仅补偿亮部，或者在暗部和亮部改变补偿值。此外，这些与亮度直方图相关的各设定信息的调整，可以使用在画面中设置的滑块等来调整。另外，在图9C以及图9D所示的两个颜色直方图的设定画面中分别显示了色调直方图和色饱和度直方图。在各个设定画面中进行颜色调节或RGB增益等颜色的基本设定。例如在图9C所示的色调直方图的设定画面例中，对原影像中包含的图像信号的色调的直方图进行曲线图显示(Original Hue Histogram)，对补偿后的图像的色调的直方图(Compensated Hue Histogram)进行曲线图显示。此外，这里的色调是矢量范围(vector scope)中的角度，另外，例如每0. 5 1. 0 秒重新描绘来显示补偿前和补偿后的两个直方图。另外，图9C所示的直方图表示了圆形曲线图，但是在本发明中不限定于此，例如可以显示棒图。例如在图9D所示的色饱和度直方图中，通过棒图显示了补偿前和补偿后的色饱和度直方图。它们可以根据有无选取图9C以及图9D表示的预定的复选框(“vector”)而切换圆形曲线图和棒图来显示。在此，在图9C以及图9D所示的直方图的显示中，在补偿前和补偿后的信号的析像度不同的情况下，例如进行正规化以使补偿后的图像信号的全部像素数与补偿前的影像信号的全部像素数相同。另外，这些与颜色直方图相关的颜色调节或RGB增益等各设定信息的调整，可以使用在画面中设置的滑块等来调整。另外，在图9E所示的频率直方图的设定画面中，对于频率成分的直方图进行噪音降低(Noise Reducer)以及锐度(Siarpness)的调整。即，在图9E所示的设定画面中可以通过滑块或编辑框来变更与显示的直方图的图表的纵轴上端相当的值(Scale)，由此可以变更显示的直方图的高度。另外，在图9E所示的设定画面中，可以编辑比例尺(scale)用的滑块的可变范围的最大值(Range of scale)，或者将噪音降低功能或锐度补偿的功能打开/关闭(0N/0FF)，或者设定噪音降低以及锐度补偿的程度，并在画面上显示对应的频率直方图。另外，在图9E所示的设定画面中，例如可以设定在FPGA内部计算频率直方图时的切断频率。这样，在本实施方式中，通过设定各种设定画面等可以由用户进行设定，可以取得预定范围中的直方图信息或曲线图信息等，因此可以根据这些信息最适当地进行背光灯的亮度控制。
在此具体说明了使用上述图9A所示的APL的设定画面进行的亮度控制的例子。(关于动态背光灯亮度控制)在本实施方式中，使用
最适当的动态背光灯亮度控制的具体例子。图10 是用于说明本实施方式中的动态背光灯亮度控制的具体例子的图。在图10中，将纵轴设为 APL检测值(％)，将横轴设为背光灯的亮度电平(％)，表示了与APL对应的最适当的亮度控制的例子。在本实施方式中，例如根据图10所示的APL和背光灯的结果，例如通过APL检测来控制动态范围的定心(centering)处理，通过白色以及黑色的各种直方图检测来进行非线性补偿。具体来说，例如在控制LCD面板的背光灯的亮度时，为了削减消耗功率，一般已知根据影像信号的APL信息来线性(Linear)地进行亮度控制。当单纯进行这种依存于APL的背光灯的亮度控制(线性控制)时，消耗功率可以减少，但是已知会引起对比度降低这样的副作用。此外，其原因是由于例如实际使用的影像信号的APL范围集中在20 50%附近， 平均得到30 40%的数据是公知的实事。因此可知，首先在以实际使用的影像信号的APL为基准来设定背光灯控制用APL 曲线(Curve)时，将APL35%附近设定为背光灯亮度50%值是最适当的。因此，在本实施方式中设定将APL35%附近作为背光灯亮度50%值的非线性控制曲线。由此，能够不降低对比度并且降低消耗功率。另外，在本实施方式中，能够检测影像信号的APL检测和亮度直方图信息并使控制为两阶段控制方式，进行理想且最适当的背光灯的亮度控制。S卩，在本实施方式中，背光灯亮度控制，最初通过影像信号(实际的内容)的APL 检测计算出基准值(50% )，设定根据该基准值进行定心后的单纯非线性曲线(Curve)，接着，当根据亮度直方图数据得知暗的亮度成分多时，乘以亮度偏移(Off-set)，或者通过黑亮度部的非线性曲线(Curve)进行控制，或者当明亮的亮度成分多时，通过亮部的亮度曲线进行控制，由此得到更容易看见的最适当的影像，并且成为高效率的消耗功率。由此，根据本实施方式，通过使用APL和亮度直方图信息来进行最适当的背光灯控制，可以在更高效率地实现低消耗功率的同时得到最适当的高对比度影像。(关于背光灯亮度的非线性、偏移控制)接着，使用附图具体说明上述背光灯亮度的非线性、偏移控制。图11是用于说明本实施方式中的背光灯亮度的非线性、偏移控制的具体例子的图。此外，在图11中，与上述图10同样地将纵轴设为APL检测值(％ )，将横轴设为背光灯的亮度电平(％ )。在非线性、偏移控制中，也如上述图12所示那样通过设定将APL35%附近作为背光灯亮度50%值的非线性控制曲线，能够不降低对比度并且降低消耗功率。另外，通过将背光灯的亮度电平偏移例如从0%提高到30 40%附近，可以不变暗地进行适合于背光灯的亮度控制。这样，根据本实施方式，可以不降低对比度地实现低消耗功率化。另外，具有可以设定背光灯的最小值(Minimum)亮度的偏移(Off-set)控制功能，由此能够提供更高精度的影像。由此，例如为了通过使IXD面板等显示单元的背光灯与影像内容关联地动态(Dynamic)动作而得到更高对比度的影像，可以进行用于进行最适当的背光灯控制的内容分析。更具体地说明上述内容，现有的用于背光灯控制的内容分析一般主流是通过单纯的APL检测而来进行的背光灯控制。但是，通过APL检测来进行的背光灯控制无法最适合于影像内容来动作，因此，黑成分多的APL50%信息和白成分多的APL50%信息的控制成为相同的控制动作，存在容易发生黑色崩溃或白色崩溃现象的缺点。因此，在本实施方式中， 即使APL为相同值，也可以通过亮度直方图检测来明确地识别白成分多的APL50%、黑成分多的APL50 %的差异，因此可以进行最适当的背光灯控制。如本实施方式所示，通过使LED背光灯控制非线性化，可以在大幅度削减调光 (LED的亮度控制)时的消耗功率的同时也容易地进行高对比度化。因此，可以进行与影像内容对应的最适当的背光灯控制，可以进行基于APL检测的基准亮度控制、或基于亮度直方图检测的最适当的亮度控制、基于颜色直方图检测的最适当的白平衡控制(RGB LED Backlight)等处理。(防止调光块干涉干扰)接着，使用
防止通过应用上述本实施方式而得到的调光块的干涉干扰的具体例子。图12是用于说明本实施方式中的防止调光块干涉干扰的具体例子的图。在图12的例子中，在画面上显示了花盆和花的图像。例如，一般背光灯的调光动作位于LCD面板的背面，以调光用的块为单位来动作。背光灯的动作区域，由于是不影响影像信号的析像度的低析像度的调光动作，因此产生与影像信号的亮度析像度的差。这就是调光块亮度干涉干扰，其特征是在亮度变化大的部分尤其容易发生。为了对其进行改善，在本实施方式中，对预先根据信号信息而得到的调光亮度信息进行逆补偿来微调并反馈到影像信号侧，由此来改善图像。具体来说，通过LED背光灯的亮度补偿，进行“拍摄不平衡(Shoot Unbalance) “振铃(Ringing) ”、“细节不足(Detail Out) ”、“聚焦误差(Focus Error) ”、“不自然噪音(Un Natural Noi se) ”时，通过上述的亮度块接口、色彩块接口进行各个亮度控制处理。具体来说，在亮度块接口以块单位进行使用了背光灯的块补偿(Block Compensation)、抖动(Dithering)、灵活块控制(Flexible Block Control)等处理，在色彩块接口以块单位进行使用了背光灯的色彩块补偿(Color Block Compensation)、颜色抖动 (Color Dithering)、灵活块控制(Flexible Block Control)等处理。此外，上述的灵活块控制是块数或块大小的控制方法。即，通过该控制方法，当控制例如由最大纵向100块、横向200块的合计20000块构成的背光灯块时，例如做成10 X 20 的200块来进行控制，或者做成100X50 = 5000块来进行控制等，可以自由地变更块数或块大小。如上所述，在本实施方式中，通过将背光灯的亮度控制反馈到图像，可以改善当进行LCD背光灯的各种调光动作时发生的对影像信号的亮度干涉干扰。因此，可以使调光动作成为更完善的动作。如上所述，根据本发明，可以使用户容易观看地在画面上显示最适当的影像，并且可以实现高效率的消耗功率的削减。另外，根据本实施方式，例如即使APL为相同值，通过亮度直方图检测也可以明确地识别白成分多的APL50 %、黑成分多的APL50 %的差异，因此可以进行最适当的背光灯控制。此外，本发明中的背光灯的亮度控制方法可以广泛应用于在TV或PC的画面、便携终端、数字摄像机等具备背光灯的显示画面等领域。以上详细描述了本发明的优选实施例，但是本发明不限定于上述特定的实施方式，在请求专利保护的范围所记载的本发明的主旨的范围内，能够进行各种变形、变更。
权利要求
1.一种亮度控制装置，其进行与显示所输入的影像信号的显示画面对应的背光灯的亮度控制，其特征在于，具有影像信息分析单元，其对从所述影像信号中包含的影像帧中获得的平均亮度电平、亮度直方图信息、颜色直方图信息以及频率直方图信息中的至少一个要素中的信息进行分析；块信息取得单元，其根据通过所述影像信息分析单元获得的分析结果，将影像帧分割为预定的块，取得每个该块的影像信息；亮度补偿单元，其进行与通过所述块信息取得单元分割出的各块对应的背光灯的亮度补偿；以及背光灯驱动控制单元，其根据通过所述亮度补偿单元获得的补偿信息，进行所述显示画面中包含的每个块的背光灯的驱动控制。
2.根据权利要求1所述的亮度控制装置，其特征在于，所述亮度补偿单元，根据通过所述影像信息分析单元获得的分析结果，进行针对背光灯的亮度值的偏移补偿和/或非线性补偿。
3.根据权利要求1或2所述的亮度控制装置，其特征在于，所述亮度控制装置具有影像补偿单元，其根据通过所述亮度补偿单元获得的针对所述背光灯的亮度补偿信息，来进行针对所述影像信号的补偿。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的亮度控制装置，其特征在于，所述影像信息分析单元，使用所述亮度直方图信息、所述颜色直方图信息以及所述频率直方图信息中的至少一个和所述平均亮度电平，来分析所述影像帧中的亮度变化为预定值以上的区域。
5.一种亮度控制方法，其用于进行与显示所输入的影像信号的显示画面对应的背光灯的亮度控制，其特征在于，具有以下步骤影像信息分析步骤，对从所述影像信号中包含的影像帧中获得的平均亮度电平、亮度直方图信息、颜色直方图信息以及频率直方图信息中的至少一个要素中的信息进行分析；块信息取得步骤，根据通过所述影像信息分析步骤获得的分析结果，将影像帧分割为预定的块，取得每个该块的影像信息；亮度补偿步骤，进行与通过所述块信息取得步骤分割出的各块对应的背光灯的亮度补偿；以及背光灯驱动控制步骤，根据通过所述亮度补偿步骤获得的补偿信息，进行所述显示画面中包含的每个块的背光灯的驱动控制。
6.根据权利要求5所述的亮度控制方法，其特征在于，所述亮度补偿步骤中，根据通过所述影像信息分析步骤获得的分析结果，进行针对背光灯的亮度值的偏移补偿和/或非线性补偿。
7.根据权利要求5或6所述的亮度控制方法，其特征在于，所述亮度控制方法具有影像补偿步骤，根据通过所述亮度补偿步骤获得的针对所述背光灯的亮度补偿信息，来进行针对所述影像信号的补偿。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的亮度控制方法，其特征在于，所述影像信息分析步骤中，使用所述亮度直方图信息、所述颜色直方图信息以及所述频率直方图信息中的至少一个和所述平均亮度电平，来分析所述影像帧中的亮度变化为预定值以上的区域。
全文摘要
本发明提供亮度控制装置以及亮度控制方法，使用户容易观看地在画面上显示最适当的影像，且实现高效率的消耗功率的削减。该亮度控制装置进行与显示所输入的影像信号的显示画面对应的背光灯的亮度控制，其中具有影像信息分析单元，其对从所述影像信号中包含的影像帧中获得的平均亮度电平、亮度直方图信息、颜色直方图信息以及频率直方图信息中的至少一个要素中的信息进行分析；块信息取得单元，其根据分析结果将影像帧分割为预定的块，取得每个该块的影像信息；亮度补偿单元，其进行与分割出的各块对应的背光灯的亮度补偿；背光灯驱动控制单元，其根据通过所述亮度补偿单元获得的补偿信息，进行所述显示画面中包含的每个块的背光灯的驱动控制。
文档编号G09G3/36GK102376270SQ20111024532
公开日2012年3月14日 申请日期2011年8月22日 优先权日2010年8月23日
发明者安达武志 申请人:三美电机株式会社, 有限会社Atrc
技术领域：
本发明涉及亮度控制装置以及亮度控制方法，特别涉及用于在显示器装置等中在画面上向用户显示最适当的影像或图像，并且实现高效率的消耗功率的削减的亮度控制装置以及亮度控制方法。
背景技术：
目前，在显示影像或图像的各种显示器装置中进行了高画质化或消耗功率的改善等研究(例如参照专利文献1 幻。另外，作为最近的显示器装置，特别是液晶显示装置 (LCD:Liquid Crystal Display)得到了广泛使用。一般来说，IXD包含使用光来显示图像的输出面板、产生光的背光灯单元而构成。 在此，以向输出面板的显示图像的有效显示区域均勻地提供光为主要目的来设计背光灯单兀。另外，目前已知用于控制上述背光灯单元的控制装置(例如内容分析器 (Contents Analyzer)等)，在这些控制装置中一般通过单纯的APL(Average Picture Level 平均图像电平)检测来进行背光灯控制。另外，目前已知在控制LCD面板的背光灯的亮度的情况下，通过影像信号的APL信息来线性(Linear)地进行亮度控制。但是，上述现有方法中所示的通过APL检测来进行的背光灯控制，无法使影像内容(Contents)最适当地工作，因此，例如黑成分多的APL50%信息和白成分多的APL50%信息的控制成为相同的控制动作，因此存在容易发生黑色崩溃或白色崩溃现象的问题。另外，背光灯单元一般位于LCD面板的背面，亮度控制以调光(Dimming)用的块单位来动作。但是，在背光灯的动作区域中，由于是不对影像信号的析像度造成影响的低析像度的调光动作，所以产生背光灯的亮度和影像信号的亮度析像度的差。这就是所谓的“背光灯亮度干涉干扰”。该现象的特征为特别在亮度变化大的部分容易发生。而且，如现有方法所示，在依存于APL的背光灯的亮度控制中进行了线性 (Linear)控制的情况下可以降低消耗功率，但是由于进行线性控制会产生对比度降低这样的副作用。专利文献1 日本特开2009-294637号公报专利文献2 日本特开2009-109975号公报专利文献3 日本特开2007-183639号公报
发明内容
因此，鉴于上述问题而提出本发明，其目的在于提供一种用于在显示器装置等中在画面上向用户显示最适当的影像或图像，并且实现高效率的消耗功率的削减的亮度控制装置以及亮度控制方法。为了解决上述课题，本发明采用了具有以下特征的用于解决课题的手段。本发明的第一方式，是一种亮度控制装置(10、60、70)，其进行与显示所输入的影像信号的显示画面对应的背光灯的亮度控制，其中，具有影像信息分析单元(12)，其对从所述影像信号中包含的影像帧中获得的平均亮度电平、亮度直方图信息、颜色直方图信息以及频率直方图信息中的至少一个要素中的信息进行分析；块信息取得单元(13)，其根据通过所述影像信息分析单元(1 获得的分析结果，将影像帧分割为预定的块，取得每个该块的影像信息；亮度补偿单元(17、62)，其进行与通过所述块信息取得单元(1 分割出的各块对应的背光灯的亮度补偿；以及背光灯驱动控制单元(15)，其根据通过所述亮度补偿单元(17)获得的补偿信息，进行所述显示画面中包含的每个块的背光灯的驱动控制。根据第一方式的发明，可以使用户容易观看地在画面上显示最适当的影像，并且可以实现高效率的消耗功率的削减。在本发明的第二方式中，所述亮度补偿单元(17、62)，根据通过所述影像信息分析单元获得的分析结果，进行针对背光灯的亮度值的偏移补偿和/或非线性补偿。在本发明的第三方式中，所述亮度控制装置具有影像补偿单元(71、72、73)，其根据通过所述亮度补偿单元(17、6幻获得的针对所述背光灯的亮度补偿信息，来进行针对所述影像信号的补偿。在本发明的第四方式中，所述影像信息分析单元(12)，使用所述亮度直方图信息、 所述颜色直方图信息以及所述频率直方图信息中的至少一个和所述平均亮度电平，来分析所述影像帧中的亮度变化为预定值以上的区域。本发明的第五方式是一种亮度控制方法，其用于进行与显示所输入的影像信号的显示画面对应的背光灯的亮度控制，其中，具有以下步骤影像信息分析步骤(S02)，对从所述影像信号中包含的影像帧中获得的平均亮度电平、亮度直方图信息、颜色直方图信息以及频率直方图信息中的至少一个要素中的信息进行分析；块信息取得步骤(S03)，根据通过所述影像信息分析步骤(S(^)获得的分析结果，将影像帧分割为预定的块，取得每个该块的影像信息；亮度补偿步骤(S04)，进行与通过所述块信息取得步骤(SO； )分割出的各块对应的背光灯的亮度补偿；以及背光灯驱动控制步骤(S05)，根据通过所述亮度补偿步骤获得的补偿信息，进行所述显示画面中包含的每个块的背光灯的驱动控制。根据第五方式的发明，可以使用户容易观看地在画面上显示最适当的影像，并且可以实现高效率的消耗功率的削减。在本发明的第六方式中，所述亮度补偿步骤(S04)中，根据通过所述影像信息分析步骤获得的分析结果，进行针对背光灯的亮度值的偏移补偿和/或非线性补偿。在本发明的第七方式中，所述亮度控制方法具有影像补偿步骤(S06)，根据通过所述亮度补偿步骤(S04)获得的针对所述背光灯的亮度补偿信息，来进行针对所述影像信号的补偿。在本发明的第八方式中，所述影像信息分析步骤(S02)中，使用所述亮度直方图信息、所述颜色直方图信息以及所述频率直方图信息中的至少一个和所述平均亮度电平， 来分析所述影像帧中的亮度变化为预定值以上的区域。此外，上述参照符号仅为参考，并非由此将本申请的发明限定为图示的形态。根据本发明，可以在显示器装置等中在画面上向用户显示最适当的影像和图像， 并且可以实现高效率的消耗功率的削减。
图1是表示第一实施方式中的亮度控制装置的功能结构的一例的图。图2是表示本实施方式中的亮度控制处理步骤的一例的概要流程图。图3是表示本实施方式中能够应用的发光元件的块结构的一例的图。图4是用于说明背光灯驱动控制单元的概要结构的图。图5是表示本实施方式中的背光灯驱动控制单元的结构例的图。图6是表示第二实施方式中的亮度控制装置的功能结构的一例的图。图7是表示第三实施方式中的亮度控制装置的功能结构的一例的图。图8是用于说明本实施方式中的亮度补偿的具体例的图。图9A是表示设定与亮度控制对应的各种条件的设定画面的一例的图(其一)。图9B是表示设定与亮度控制对应的各种条件的设定画面的一例的图(其二)。图9C是表示设定与亮度控制对应的各种条件的设定画面的一例的图(其三)。图9D是表示设定与亮度控制对应的各种条件的设定画面的一例的图(其四)。图9E是表示设定与亮度控制对应的各种条件的设定画面的一例的图(其五)。图10是用于说明本实施方式中的动态背光灯亮度控制的具体例的图。图11是用于说明本实施方式中的背光灯亮度的非线性、偏移控制的具体例的图。图12是用于说明本实施方式中的防止调光块干涉干扰的具体例的图。符号说明10、60、70亮度控制装置11影像处理单元12影像信息分析单元13块信息取得单元14块单位控制单元15背光灯驱动控制单元16背光灯单元17背光灯亮度补偿单元18定时控制单元19、20、30 显示单元21 元素(element)22元素块23亮度控制块31面板控制IC32、45 驱动器 IC33驱动器IC群41主基板42驱动器基板43微型计算机部44FPGA (Field Programmable Gate Array 现场可编程门阵列)51脉冲发生部
520SC (振荡器)53PWM 阵列54 门(Gate)阵列55S/P (串行/并行)变换部61滤波器部62亮度补偿单元63PWM控制单元64显示装置71白平衡控制单元72对比度补偿控制单元73色彩补偿单元
具体实施例方式(关于本发明)本发明不是像现有方法那样检测APL来控制背光灯，而是分析APL以外的内容信息，与其分析结果相对应地控制背光灯。此外，作为在本发明中分析的内容信息，例如有从影像中得到的“亮度直方图(Histogram)信息”、“颜色(Color)直方图(包含色调、色饱和
度等)信息”、“频率直方图信息”等。另外，在本发明中，通过把上述各直方图信息与现有的APL信息组合，进行更适当的背光灯控制。另外，在本发明中进行内容信息的详细分析，来进行不受背光灯的块数影响的背光灯控制。另外，在本发明中，对于背光灯的控制特性不仅进行与内容信息(也包含 APL等)对应的线性补偿，还进行非线性补偿。而且，在本发明中，对于背光灯的控制特性，还与内容信息(也包含APL等)对应地实现偏移(Off-set)控制。另外，在本发明中，为了减少由于背光灯控制而导致的背光灯亮度干涉干扰，根据背光灯信息向信号系统送出补偿信息。以下，使用附图等说明适当地实施了用于实现上述特征的本发明中的亮度控制装置以及亮度控制方法的方式。此外，在以下所述的实施方式的例子中，作为显示单元的一例而假定使用LCD，但是在本发明中不限于此。另外，在以下所示的实施方式中主要说明向显示器等显示单元输出影像信号时的亮度控制，但是在本发明中不限于此，也包含图像等。(第一实施方式)(亮度控制装置的功能结构例)图1是表示第一实施方式中的亮度控制装置的功能结构的一例的图。图1所示的亮度控制装置10具有影像处理单元11、影像信息分析单元12、块信息取得单元13、块单位控制单元14、背光灯驱动控制单元15、背光灯单元16、背光灯亮度补偿单元17、定时控制单元18和显示单元19。影像处理单元11在所输入的影像信号已被压缩编码的情况下，进行该信号的解码，或者在通过受限接收广播等进行了加扰等加密处理的情况下，使用预先设定的密钥信息等进行解密(解扰)。即，影像处理单元11对所输入的影像信号进行适当变换，以便能够通过后级的各结构对影像信号进行处理，并可以从显示单元19显示影像。另外，影像处理单元11将所输入的信号输出到影像信息分析单元12以及背光灯亮度补偿单元17。影像信息分析单元12对于通过影像处理单元11输入的影像信号，检测APL、亮度直方图、颜色直方图(色调、色饱和度)、频率直方图中的至少一个信息并进行影像信息的分析。此外，在后面对影像信息分析单元12中的分析内容的细节进行描述。另外，影像信息分析单元12将分析而得的结果输出到块信息取得单元13。块信息取得单元13根据通过影像信息分析单元12得到的分析结果、和预先设定的针对影像信号的控制信号，设定每个块单位的大小(像素数、英寸等)等。这样，通过根据影像信息等设定块单位的大小，可以与影像信息对应地控制块单位的背光灯。此外，块信息取得单元13不仅针对控制信号的输入执行处理，例如在根据预先设定的控制信息，通过影像信息分析单元12输入了分析结果的信息时也可以自动地进行处理。另外，块信息取得单元13将所取得的块信息输出到块单位控制单元14。块单位控制单元14根据通过块信息取得单元13获得的块信息，针对与影像信号对应的每个块进行偏移控制以及非线性补偿。另外，块单位控制单元14对于所输入的影像信号通过PWM(Pulse Width Modulation)等进行调制处理。此外，在后面描述块单位控制单元14中的块单位的控制内容的具体例子。另外，块单位控制单元14将影像中包含的各块的偏移(Offset)控制信息以及非线性补偿信息输出到背光灯驱动控制单元15以及背光灯亮度补偿单元17。背光灯驱动控制单元15，与通过块单位控制单元14获得的每个块的偏移控制信息或非线性补偿信息等相对应地，进行与各块位置对应的背光灯的驱动控制。此外，背光灯驱动控制单元15可以根据来自定时控制单元18的时钟信号，将进行了定时控制的驱动信号输出到背光灯单元16，以便与通过定时控制单元18输出的影像信号的显示单元19的影像同步地驱动背光灯。在此，通常与LCD中设置的R (红)、G (绿)、B (蓝)三种颜色的LED (Light Emitting Diode)元件等相对应地分别成对地设置背光灯。因此，优选针对每个LED元件来进行每个像素的调整，但是在这种情况下，花费成本和处理时间。因此，在本实施方式中以预定的块单位来进行处理。由此可以实现成本的削减和高效化。背光灯驱动控制单元15将与各块对应的各个驱动控制信号输出到背光灯单元 16。背光灯单元16根据与所设定的各块对应的各个驱动控制信号，通过分别设定的预定的亮度控制，使处于各块的预定位置的背光灯点亮，使其光照射显示单元19的画面。背光灯亮度补偿单元17根据通过块单位控制单元14获得的偏移控制信息以及非线性补偿信息，对通过影像处理单元11获得的影像信号进行基于背光灯的亮度补偿。 即，背光灯亮度补偿单元17对预先根据信号信息而得到的亮度信息进行逆补偿来微调 (trimming)，并反馈到影像信号侧。在此，背光灯位于例如显示单元19的背面等，以亮度控制用的块为单位来动作。 另外，背光灯的动作是不影响影像信号的析像度的低析像度的调光动作。因此，根据本实施方式，可以防止产生与影像信号的亮度析像度的差这样的块亮度干涉干扰，可以使用户容易观看地在显示器画面上显示最适当的影像。另外，背光灯亮度补偿单元17通过偏移控制信息以及非线性补偿信息进行影像信号的补偿，由此，可以与背光灯的脉冲控制功能等一起进行亮度、对比度、色彩等的控制。
此外，在本实施方式中，背光灯亮度补偿单元17中通过调光块的结构反馈到影像信号侧的信息变化，而且需要还根据显示单元19的亮度透射率等适当地调整补偿量。在这种情况下，例如可以使用用预先设定的亮度透射率检测用摄像机等检测出的结果自动地调整反馈的信息。背光灯亮度补偿单元17将通过上述处理等补偿后的影像信号输出到定时控制单元18。定时控制单元18进行与显示单元19的画面的水平方向、垂直方向匹配地显示通过背光灯亮度补偿单元17获得的影像信号的时间的控制，生成在显示单元19的一面上显示的图像信息，并将所生成的图像输出到显示单元19。而且，定时控制单元18，为了与画面上显示的影像同步地通过背光灯单元16点亮背光灯，对于背光灯驱动控制单元15，将与将影像信号输出到输出单元19的定时相对应地点亮与该影像信号对应的背光灯的定时控制信号输出到背光灯驱动控制单元15。由此，可以使显示单元19的影像输出和背光灯单元16的与该影像对应的背光输出同步。显示单元19在画面上显示通过定时控制单元18生成的影像信息。此外，作为显示单元19例如可以利用LCD面板等，但在本发明中不限定于此。通过上述结构，在本实施方式中可以使IXD面板的背光灯与影像内容关联地动态 (Dynamic)工作，提供更高对比度的影像。即，根据本实施方式，可以进行与影像内容对应的最适当的背光灯控制。因此，可以改善当进行LCD背光灯中的各种调光动作时发生的对影像信号的亮度干涉干扰，可以使调光动作成为更适当的动作。另外，目前通过单纯的APL检测进行的背光灯控制是主流，但是，根据本实施方式，即使APL的检测结果为相同值，通过使用上述各种直方图的检测结果，也可以进行更细致的背光灯控制。因此，例如通过亮度直方图检测，可以明确地识别白成分多的APL50 %、黑成分多的APL50 %的差异，所以可以进行最适当的背光灯控制。另外，在本实施方式中，除了通过现有的APL检测而处理的基准亮度控制以外，可以通过亮度直方图检测来实现最适当的亮度控制，例如通过进行颜色直方图检测，可以通过最适当的白平衡(White Balance)控制等进行针对RGB的LED背光灯控制。S卩，在本实施方式中，可以仅使用直方图的检测结果来进行背光灯亮度控制，也可以组合APL的检测结果和直方图的检测结果来进行背光灯亮度控制。(亮度控制处理步骤)接着，使用流程图说明上述亮度控制装置10中的亮度控制处理步骤的例子。图2 是表示本实施方式中的亮度控制处理步骤的一例的概要流程图。在图2中，在本实施方式中的亮度控制处理中，首先如上所述，对本实施方式中输入的影像信号进行解码或平均化、对比度调整等影像处理(SOI)。接着，对于通过SOl的处理而获得的影像信号，检测APL、亮度直方图、颜色直方图、频率直方图中至少一个的信息来进行影像的分析处理(S02)。接着，根据S02的处理所获得的结果，与影像对应地生成例如与一帧图像对应的各块，并取得具有识别所生成的各块的识别信息的块信息(S03)。此外，所谓块信息，例如包含表示所生成的各块是一帧中的哪里的帧的信息、或与该被块分割后的帧相关的信息等。另外，帧的分割，按照根据图像的内容或装置的处理性能等预先设定的大小来进行分割。此外，上述图像的内容，例如包含1帧中的邻接像素间或邻接帧间的同一位置的像素间的亮度差在预定值以上的部分等信息等。另外，以通过S03的处理所获得的块单位进行偏移补偿或非线性补偿等(S04)，与其补偿结果对应地进行背光灯驱动控制(S05)。另外，对于通过SOl的处理所获得的分割前的影像信号，也根据S04的处理中获得的补偿结果进行与背光灯对应的影像的亮度补偿(S06)。此后，进行用于使输出的影像和与影像对应的背光的输出同步的定时控制(S07)，进行背光的输出以及影像的显示(S08)。在此，判断是否结束本实施方式的亮度控制处理(S09)，在不结束的情况下(S09 中，否)返回SOl并进行以后的处理。另外，当根据来自用户等的结束指示等而结束处理时 (S09中，是)，结束在亮度控制处理中进行的影像的输出处理或对背光灯结束背光输出处理。因此，通过上述亮度控制步骤，可以在显示器装置等中在画面上对用户显示最适当的影像或图像，并且实现高效的消耗功率的削减。此外，在上述处理中，例如S06的处理所示，将背光灯的亮度控制信息反馈给影像，进行了影像信息的亮度补偿等处理，但是在本发明中不限定于此，例如，即使仅进行背光灯的亮度补偿，也可以如上所述在显示器装置等中在画面上对用户显示最适当的影像或图像，并且实现高效的消耗功率的削减。接着，对基于上述本实施方式中的结构或步骤的具体实施例进行说明。(关于背光灯的亮度控制)在上述本实施方式中应用的背光灯，例如被设置在LCD面板等显示单元19的背面或侧面等。另外，背光灯例如由与RGB分别对应的LED等发光元件构成，而且以多个发光元件为单位进行块化，使用与块化后的每个发光元件对应的驱动器ICdntegrated Circuit) 等进行亮度控制。在此，对发光元件的块结构的例子进行说明。图3是表示在本实施方式中可应用的发光元件的块结构的一例的图。此外，在图3中表示了 LCD背光灯用的LED。如图3 (a)、(b)所示，在显示单元20的预定的画面显示区域中存在R、G、B的各自的元素 (element) 21r、21g、21b。另外，通过各颜色的元素21r、21g、21b构成了组(cell)，另外构成了由多个组形成的元素块22。另外，这些元素通过多接线或点接线与驱动器IC连接。而且，多个元素块22以预定数量被配置在预定位置，构成了进行亮度补偿等控制的亮度控制块23。此外，在本实施方式中，在图3(a)、(b)中表示了亮度控制块23的数量或配置例，但在本发明中不限定于此。另外，图3(a)、(b)所示的背光灯，是被设置在LCD面板的背面的所谓的顶部类型 (Top Type)的结构，但是在本发明中不限定于此，例如也可以是被配置在显示单元20的画面的下侧或一边(右侧、左侧)或两边的、所谓的边缘类型(Edge Type)的结构。此外，上述的亮度控制块23例如通过使用如上所述从输入的影像信号获得的 APL、亮度直方图、颜色直方图、频率直方图中至少一个的检测结果，可以分割为预定大小的块单位来进行补偿。此外，在本发明中不限定于此，例如也可以分割为预先设定的块单位。(关于背光灯驱动控制单元15)接着，使用
上述背光灯驱动控制单元15的结构例。图4是用于说明背光灯驱动控制单元的概要结构的图。此外，图4(a)表示使用了边缘W类型(Edge White Type) 的高电压驱动器的结构例，图4(b)表示使用了边缘RGB类型(Edge RGB Type)的低电压驱动器的结构例，图4(c)表示顶部RGB类型(Top RGB Type)的结构例。如图4(a) (c)所示，在各个显示单元30中作为一例，将上述元素块22或亮度控制块23的某个块配置在预定的位置。另外，这些背光灯通过面板控制IC (PWM) 31进行了驱动控制，通过面板控制IC31从作为驱动器(Driver)设备的驱动器IC32或通过驱动器IC 群33连接的对应的LED输出背光。在此，在图4(a)所示的面板控制IC31中是能够供给最大200 300V的高电压的情况下的例子，在低电压的情况下如图4(b)所示，设置多个驱动器IC32-l、32-2、...，例如作为低电压可以供给最大5 MV的电压。此外，如图4(a) (c)所示，由1个驱动器IC42或驱动器IC群43控制多个元件的输出。(关于背光灯驱动控制单元15的内部结构)接着，具体说明上述背光灯驱动控制单元15的内部结构例。图5是表示本实施方式中的背光灯驱动控制单元的结构例的图。图5所示的背光灯驱动控制单元15具有主基板41和驱动器基板42，在主基板41 上具有微型计算机部43、FPGA (Field Programmable Gate Array 现场可编程门阵列)44， 在驱动器基板42上具有多个驱动器IC45。另外，在FPGA44中具有脉冲发生器51、0SC(振荡器)52、PWM阵列53、门(Gate)阵列M和S/P (串行/并行)变换部55。而且，通过电源对图5所示的主基板41以及驱动器基板42供给电力。主基板41根据从微型计算机部43得到的控制信息，使用通过FPGA44构建的门阵列M对在一个或多个驱动器基板42上设置的一个或多个驱动器IC中、对应的驱动IC输出用于驱动在背光灯单元16中设置的各块的背光灯的控制信号。具体来说，在主基板41中，FPGA44内的脉冲发生部51根据从定时控制单元获得的同步信号(Vsync)，与影像信号的定时同时地生成用于进行背光灯的亮度控制的脉冲信号。 另外，脉冲发生部51将生成的脉冲信号输出到各个门阵列M。另外，0SC52生成作为通过PWM阵列53分别生成的PWM信号的基准的基准信号， 并输出到P丽阵列53的各P丽电路。另外，主基板41通过在FPGA44内设置的S/P变换部55，基于块单位的区域时钟 (Area clock)将从块单位控制单元14获得的串行形式的控制信号变换为并行形式，并向 P丽阵列53中设置的P丽电路1 η中与区域时钟对应的P丽电路输出该控制信号。PWM阵列53根据通过0SC52获得的基准信号和通过S/P变换部55获得的控制信号，在各个PWM电路中进行脉冲宽度调制，例如生成控制LED等发光元件的发光的开/关 (0N/0FF)的控制信号，并将所生成的信号输出到在门阵列M中设置的与各PWM电路对应的门电路。在门阵列M中，根据通过脉冲发生部51获得的脉冲信号和从PWM阵列53获得的控制信号，对于在驱动器基板42中设置的一个或多个驱动器IC中、与设置在门阵列M中的各门电路对应的驱动器IC，输出来自门电路的控制信号。此外，上述微型计算机部43具体来说，根据来自外部的设定信息或预先记录的设定信息等对脉冲发生部51或S/P变换部55输出控制信号。由此，背光灯驱动控制单元15 可以对设置在背光灯单元16中的各背光灯进行预定的驱动控制。另外，驱动器基板42中，在各个驱动器基板(例如在图5的例子中，驱动器基板 (1) (m))上设置的一个或多个驱动器IC(例如在图5的例子中，驱动器基板(1)时为驱动器IC(I) ( )，根据从对应的上述门电路获得的信号，输出用于驱动背光灯单元16的各背光灯的驱动控制信号。于是，通过各驱动器IC生成的驱动控制信号被输出到背光灯单元16，进行各背光灯的控制。此外，上述PWM阵列53以及门阵列M设置了多个元件，以便可以对应分别对应于影像可变地设定的上述亮度控制块23的数量。S卩，PWM阵列53以及门阵列M，在显示单元 19中可以设置与可以分割为最大的块的数量的块数对应的元件。此外，在本实施方式中，作为可分割的数量，例如可以设想影像的像素单位或2X2像素、4X4像素、16X16像素的正方形块等，但是在本发明中不限定于此。另外，各PWM电路以及门电路可以控制与预先设定的多个分割块对应的背光灯元件。背光灯驱动控制单元15通过进行上述处理，可以通过来自驱动器IC45的驱动控制信号以预定的定时使对应的LED等背光灯元件点亮或熄灭。(第二实施方式)接着，说明本发明中的第二实施方式。在第二实施方式中，基于通过图1所示的影像处理单元11所得到的影像信号，不进行图影像自身的处理，而进行针对背光灯的亮度控制处理。在以下的实施方式的说明中，对于与上述亮度控制装置具有相同功能的结构部分赋予相同的编号，在此省略详细的说明。图6是表示第二实施方式中的亮度控制装置的功能结构的一例的图。图6所示的亮度控制装置60具有影像处理单元11、滤波器部61、块单位控制单元14、亮度补偿单元 62,PWM控制单元63、背光灯驱动控制单元15和显示装置64。此外，显示装置64至少具有上述背光灯单元16和显示单元19。第二实施方式中的亮度控制装置60将所输入的影像信号输出到影像处理单元11 和滤波器部61。影像处理单元11对所输入的影像信号实施上述影像处理，在预定的定时输出到显示装置64。滤波器部61为了在进行后级的处理前进行信号的平滑化处理，通过与所输入的影像信号的等级(grade)对应的低通滤波器进行信号的滤波处理。另外，滤波器部61在所输入的影像信号被进行了压缩编码的情况下进行该信号的解码，或者在通过受限接收广播等进行了加扰等加密处理的情况下，也可以使用预先设定的密钥信息等进行用于解码(解扰)的特别的处理。另外，滤波器部61将滤波后的影像信号输出到块单位控制单元14。块单位控制单元14进行由上述块单位的APL检测、亮度直方图检测、颜色直方图检测以及频率直方图检测中的至少一个构成的亮度控制处理。此外，本实施方式中的亮度控制处理最好将APL检测结果和上述其它直方图检测结果中的任意一个组合。另外，块单位控制单元14将每个块的控制信号输出到亮度补偿单元62。亮度补偿单元62根据每个块的亮度控制处理结果，通过来自外部的设定信息或预先记录的设定信息等，以块单位来补偿背光灯的亮度信息，将其补偿信号输出到PWM控制单元63。PWM控制单元63根据补偿后的亮度信息生成背光灯驱动控制信号，将生成的背光灯驱动控制信号输出到背光灯驱动控制单元15。因此，背光灯驱动控制单元15可以通过上述处理针对预定的每个块控制在显示装置64中设置的画面全体的背光灯。这样，在第二实施方式中仅进行了背光灯的亮度补偿。即使如此，如上所述，也可以使用户容易观看地在画面上显示最适当的影像，并且实现高效率的消耗功率的削减，而且可以通过比第一实施方式更简单的结构来实现。(第三实施方式)接着，说明本发明的第三实施方式。在第三实施方式中，对所输入的影像信号，相对于影像本身的处理，进行白平衡补偿或对比度补偿、色彩补偿等。此外，在以下的实施方式的说明中，对于与上述亮度控制装置10、60具有相同功能的结构部分赋予相同的编号， 在此省略详细的说明。图7是表示第三实施方式中的亮度控制装置的功能结构的一例的图。图7所示的亮度控制装置70具有影像信息分析单元12、白平衡控制单元71、对比度补偿控制单元 72、色彩补偿单元73、滤波器部61、块单位控制单元14、亮度补偿单元62、PWM控制单元63、 背光灯驱动控制单元15和显示装置64。此外，白平衡控制单元71、对比度补偿控制单元72 以及色彩补偿单元73中至少一个的处理相当于作为影像补偿单元的处理。第三实施方式中的亮度控制装置70将所输入的影像信号输出到影像信息分析单元12和滤波器部61。在影像信息分析单元12中，如上所述进行影像信息的APL检测、亮度直方图检测、颜色直方图检测、频率直方图检测，将获得的结果输出到白平衡控制单元71。另外，影像信息分析单元12在所输入的影像信号被进行了压缩编码的情况下进行该信号的解码，或者在通过受限接收广播等进行了加扰等加密处理的情况下，也可以使用预先设定的密钥信息等进行用于解码(解扰)的特别的处理。白平衡控制单元71根据所输入的结果进行针对影像信号的白平衡控制。此外，白平衡控制单元71与从块单位控制单元14获得的块信息对应地针对每个块补偿白平衡。对比度补偿控制单元71根据从亮度补偿单元62获得的对比度信息，针对通过白平衡补偿控制单元82获得的进行了白平衡补偿的影像信号进行对比度补偿。而且，色彩补偿单元73根据显示装置64的特性或性能等预定的条件，对从对比度补偿控制单元72获得的影像信号进行色彩补偿，通过显示装置64进行显示。另外，背光灯补偿进行与上述第二实施方式相同的处理。由此，在第三实施方式中，可以在使用户容易观看地在画面上显示最适当的影像的同时，实现高效率的消耗功率的削减。(关于多级调光(MultiDimming)处理)在此，在上述第1 第3实施方式中，如上所述那样检测块单位的影像信息，控制块单位的背光灯，因此，通过使用APL、亮度直方图、颜色直方图(色调、色饱和度)以及频率直方图中的至少一个的信息，可以实现不受背光灯的块数影响的背光灯亮度控制 (Dimming)。另外，通过应用本实施方式，可以提供自动背光灯扫描系统(Auto Backlight Scanning System(有块信息))、自动定时滤波(Auto Timing Filtering(无块信息))、多非线性补偿背光灯控制这样的多级调光(Multi Dimming)处理。此外，在本实施方式中，特别是为了分析APL以外的内容信息来控制背光灯而检测上述的各种直方图信息，或者在APL信息中加入各种直方图信息来进行最适当的背光灯控制。另外，进行内容信息的详细分析，进行不受背光灯的块数影响的背光灯控制，而且对背光灯的控制特性不仅进行与内容信息(APL等)对应的线性(Linear)补偿，还可以进行非线性补偿。而且，在本实施方式中，可以对背光灯的控制特性进行与内容信息(APL等)对应的偏移(Off-set)控制，而且为了削减由于背光灯控制而导致的背光灯块亮度干涉干扰， 也可以根据背光灯信息向信号系统送出补偿信息。(关于亮度补偿)在此，使用
上述本实施方式中的亮度补偿的具体例。图8是用于说明本实施方式中的亮度补偿的具体例的图。此外，图8(a) (c)表示各个亮度补偿的补偿图形， 图8(d)表示块调光处理的情形。在本实施方式中如图8所示，根据各个块信息来执行LED背光灯的点亮/熄灭等调光动作。在此，在图8(a)中表示将块分割数(*n)设为1、在图8(b)中表示将块分割数设为7、在图8(c)中表示将块分割数设为42来进行块亮度控制时的例子，但是在本发明中不限定于此。在本实施方式中如图8(d)所示，对于所输入的影像信息，基于所输入的块信息 (例如上述分割数1、7、42等)将所输入的影像帧分割为预定的块数，基于预先输入的分析信息(例如APL、各直方图(Histogram))、波形等各种曲线(Prof ile)，针对分割后的每个块来分析块信息。接着，在本实施方式中，基于预先输入的调光信息(例如APL、直方图、曲线或它们的混合信息(Mix))，对于该分析后的块信息进行APL、块亮度控制。而且，在本实施方式中， 根据得到的每个块的亮度控制信息，基于输入的背光灯亮度、色彩控制信息(例如线性补偿、非线性补偿、偏移(Off-set)补偿或它们的混合)，进行针对背光灯的补偿等控制，使补偿后的背光灯点亮。此外，在上述处理中，生成专用的设定画面等在显示单元等中显示要输入的各种信息，使用预先设置的输入单元等由用户进行设定，由此可以容易地进行详细的设定。在此，使用
上述设定画面。图9A 图9E是表示设定与亮度控制对应的各种条件的设定画面的一例的图 (其一 其五)。此外，这些画面基于设定信息，也具有其每个影像内容的亮度分析功能 (Dimming Contents Analyzer)。在此，图9A表示APL的设定画面例，图9B表示亮度直方图的设定画面的一例。另外，图9C表示色调直方图的设定画面的一例，图9D表示色饱和度直方图的设定画面的一例。另外，图9E表示频率直方图的设定画面的一例。在图9A所示的APL的设定画面例中，为了进行背光灯的亮度控制而从影像信号中检测APL，并根据检测出的结果进行线性补偿。此外，在图9A的例子中不限定于线性补偿， 也可以进行非线性补偿或偏移补偿。在后面描述它们的具体例子。另外，在图9B所示的亮度直方图的设定画面中，调整进行背光灯的亮度的部分补偿的设定信息(例如表等)。该设定信息例如将0 255的RGB变换为进行了白平衡等补偿的0 255的RGB。例如在图9B所示的例子中，对原影像中包含的图像信号的亮度或RGB的值的直方图(Original Histogram)进行曲线图显示，并对通过表等设定信息进行了补偿后的亮度或RGB的值的直方图(Compensated Histogram)进行曲线图显示。此外，在上述直方图的显示中，当补偿前和补偿后的信号的析像度不同时，例如进行正规化以使补偿后的图像信号的全部像素数与补偿前的影像信号的全部像素数相同。由此，可以容易地进行二者的比较。根据该亮度直方图，例如可以以图像为单位容易地掌握以何种程度包含鲜亮的颜色或白色系的颜色。另外，在图9B所示的亮度直方图的设定画面中，作为模式(Mode)可以选择补偿表的种类，显示了应用该模式(补偿表)时的输入anput)和输出(Output)的关系。该补偿表的形状可以在画面上修正，因此例如可以仅补偿暗部，或者仅补偿亮部，或者在暗部和亮部改变补偿值。此外，这些与亮度直方图相关的各设定信息的调整，可以使用在画面中设置的滑块等来调整。另外，在图9C以及图9D所示的两个颜色直方图的设定画面中分别显示了色调直方图和色饱和度直方图。在各个设定画面中进行颜色调节或RGB增益等颜色的基本设定。例如在图9C所示的色调直方图的设定画面例中，对原影像中包含的图像信号的色调的直方图进行曲线图显示(Original Hue Histogram)，对补偿后的图像的色调的直方图(Compensated Hue Histogram)进行曲线图显示。此外，这里的色调是矢量范围(vector scope)中的角度，另外，例如每0. 5 1. 0 秒重新描绘来显示补偿前和补偿后的两个直方图。另外，图9C所示的直方图表示了圆形曲线图，但是在本发明中不限定于此，例如可以显示棒图。例如在图9D所示的色饱和度直方图中，通过棒图显示了补偿前和补偿后的色饱和度直方图。它们可以根据有无选取图9C以及图9D表示的预定的复选框(“vector”)而切换圆形曲线图和棒图来显示。在此，在图9C以及图9D所示的直方图的显示中，在补偿前和补偿后的信号的析像度不同的情况下，例如进行正规化以使补偿后的图像信号的全部像素数与补偿前的影像信号的全部像素数相同。另外，这些与颜色直方图相关的颜色调节或RGB增益等各设定信息的调整，可以使用在画面中设置的滑块等来调整。另外，在图9E所示的频率直方图的设定画面中，对于频率成分的直方图进行噪音降低(Noise Reducer)以及锐度(Siarpness)的调整。即，在图9E所示的设定画面中可以通过滑块或编辑框来变更与显示的直方图的图表的纵轴上端相当的值(Scale)，由此可以变更显示的直方图的高度。另外，在图9E所示的设定画面中，可以编辑比例尺(scale)用的滑块的可变范围的最大值(Range of scale)，或者将噪音降低功能或锐度补偿的功能打开/关闭(0N/0FF)，或者设定噪音降低以及锐度补偿的程度，并在画面上显示对应的频率直方图。另外，在图9E所示的设定画面中，例如可以设定在FPGA内部计算频率直方图时的切断频率。这样，在本实施方式中，通过设定各种设定画面等可以由用户进行设定，可以取得预定范围中的直方图信息或曲线图信息等，因此可以根据这些信息最适当地进行背光灯的亮度控制。
在此具体说明了使用上述图9A所示的APL的设定画面进行的亮度控制的例子。(关于动态背光灯亮度控制)在本实施方式中，使用
最适当的动态背光灯亮度控制的具体例子。图10 是用于说明本实施方式中的动态背光灯亮度控制的具体例子的图。在图10中，将纵轴设为 APL检测值(％)，将横轴设为背光灯的亮度电平(％)，表示了与APL对应的最适当的亮度控制的例子。在本实施方式中，例如根据图10所示的APL和背光灯的结果，例如通过APL检测来控制动态范围的定心(centering)处理，通过白色以及黑色的各种直方图检测来进行非线性补偿。具体来说，例如在控制LCD面板的背光灯的亮度时，为了削减消耗功率，一般已知根据影像信号的APL信息来线性(Linear)地进行亮度控制。当单纯进行这种依存于APL的背光灯的亮度控制(线性控制)时，消耗功率可以减少，但是已知会引起对比度降低这样的副作用。此外，其原因是由于例如实际使用的影像信号的APL范围集中在20 50%附近， 平均得到30 40%的数据是公知的实事。因此可知，首先在以实际使用的影像信号的APL为基准来设定背光灯控制用APL 曲线(Curve)时，将APL35%附近设定为背光灯亮度50%值是最适当的。因此，在本实施方式中设定将APL35%附近作为背光灯亮度50%值的非线性控制曲线。由此，能够不降低对比度并且降低消耗功率。另外，在本实施方式中，能够检测影像信号的APL检测和亮度直方图信息并使控制为两阶段控制方式，进行理想且最适当的背光灯的亮度控制。S卩，在本实施方式中，背光灯亮度控制，最初通过影像信号(实际的内容)的APL 检测计算出基准值(50% )，设定根据该基准值进行定心后的单纯非线性曲线(Curve)，接着，当根据亮度直方图数据得知暗的亮度成分多时，乘以亮度偏移(Off-set)，或者通过黑亮度部的非线性曲线(Curve)进行控制，或者当明亮的亮度成分多时，通过亮部的亮度曲线进行控制，由此得到更容易看见的最适当的影像，并且成为高效率的消耗功率。由此，根据本实施方式，通过使用APL和亮度直方图信息来进行最适当的背光灯控制，可以在更高效率地实现低消耗功率的同时得到最适当的高对比度影像。(关于背光灯亮度的非线性、偏移控制)接着，使用附图具体说明上述背光灯亮度的非线性、偏移控制。图11是用于说明本实施方式中的背光灯亮度的非线性、偏移控制的具体例子的图。此外，在图11中，与上述图10同样地将纵轴设为APL检测值(％ )，将横轴设为背光灯的亮度电平(％ )。在非线性、偏移控制中，也如上述图12所示那样通过设定将APL35%附近作为背光灯亮度50%值的非线性控制曲线，能够不降低对比度并且降低消耗功率。另外，通过将背光灯的亮度电平偏移例如从0%提高到30 40%附近，可以不变暗地进行适合于背光灯的亮度控制。这样，根据本实施方式，可以不降低对比度地实现低消耗功率化。另外，具有可以设定背光灯的最小值(Minimum)亮度的偏移(Off-set)控制功能，由此能够提供更高精度的影像。由此，例如为了通过使IXD面板等显示单元的背光灯与影像内容关联地动态(Dynamic)动作而得到更高对比度的影像，可以进行用于进行最适当的背光灯控制的内容分析。更具体地说明上述内容，现有的用于背光灯控制的内容分析一般主流是通过单纯的APL检测而来进行的背光灯控制。但是，通过APL检测来进行的背光灯控制无法最适合于影像内容来动作，因此，黑成分多的APL50%信息和白成分多的APL50%信息的控制成为相同的控制动作，存在容易发生黑色崩溃或白色崩溃现象的缺点。因此，在本实施方式中， 即使APL为相同值，也可以通过亮度直方图检测来明确地识别白成分多的APL50%、黑成分多的APL50 %的差异，因此可以进行最适当的背光灯控制。如本实施方式所示，通过使LED背光灯控制非线性化，可以在大幅度削减调光 (LED的亮度控制)时的消耗功率的同时也容易地进行高对比度化。因此，可以进行与影像内容对应的最适当的背光灯控制，可以进行基于APL检测的基准亮度控制、或基于亮度直方图检测的最适当的亮度控制、基于颜色直方图检测的最适当的白平衡控制(RGB LED Backlight)等处理。(防止调光块干涉干扰)接着，使用
防止通过应用上述本实施方式而得到的调光块的干涉干扰的具体例子。图12是用于说明本实施方式中的防止调光块干涉干扰的具体例子的图。在图12的例子中，在画面上显示了花盆和花的图像。例如，一般背光灯的调光动作位于LCD面板的背面，以调光用的块为单位来动作。背光灯的动作区域，由于是不影响影像信号的析像度的低析像度的调光动作，因此产生与影像信号的亮度析像度的差。这就是调光块亮度干涉干扰，其特征是在亮度变化大的部分尤其容易发生。为了对其进行改善，在本实施方式中，对预先根据信号信息而得到的调光亮度信息进行逆补偿来微调并反馈到影像信号侧，由此来改善图像。具体来说，通过LED背光灯的亮度补偿，进行“拍摄不平衡(Shoot Unbalance) “振铃(Ringing) ”、“细节不足(Detail Out) ”、“聚焦误差(Focus Error) ”、“不自然噪音(Un Natural Noi se) ”时，通过上述的亮度块接口、色彩块接口进行各个亮度控制处理。具体来说，在亮度块接口以块单位进行使用了背光灯的块补偿(Block Compensation)、抖动(Dithering)、灵活块控制(Flexible Block Control)等处理，在色彩块接口以块单位进行使用了背光灯的色彩块补偿(Color Block Compensation)、颜色抖动 (Color Dithering)、灵活块控制(Flexible Block Control)等处理。此外，上述的灵活块控制是块数或块大小的控制方法。即，通过该控制方法，当控制例如由最大纵向100块、横向200块的合计20000块构成的背光灯块时，例如做成10 X 20 的200块来进行控制，或者做成100X50 = 5000块来进行控制等，可以自由地变更块数或块大小。如上所述，在本实施方式中，通过将背光灯的亮度控制反馈到图像，可以改善当进行LCD背光灯的各种调光动作时发生的对影像信号的亮度干涉干扰。因此，可以使调光动作成为更完善的动作。如上所述，根据本发明，可以使用户容易观看地在画面上显示最适当的影像，并且可以实现高效率的消耗功率的削减。另外，根据本实施方式，例如即使APL为相同值，通过亮度直方图检测也可以明确地识别白成分多的APL50 %、黑成分多的APL50 %的差异，因此可以进行最适当的背光灯控制。此外，本发明中的背光灯的亮度控制方法可以广泛应用于在TV或PC的画面、便携终端、数字摄像机等具备背光灯的显示画面等领域。以上详细描述了本发明的优选实施例，但是本发明不限定于上述特定的实施方式，在请求专利保护的范围所记载的本发明的主旨的范围内，能够进行各种变形、变更。
权利要求
1.一种亮度控制装置，其进行与显示所输入的影像信号的显示画面对应的背光灯的亮度控制，其特征在于，具有影像信息分析单元，其对从所述影像信号中包含的影像帧中获得的平均亮度电平、亮度直方图信息、颜色直方图信息以及频率直方图信息中的至少一个要素中的信息进行分析；块信息取得单元，其根据通过所述影像信息分析单元获得的分析结果，将影像帧分割为预定的块，取得每个该块的影像信息；亮度补偿单元，其进行与通过所述块信息取得单元分割出的各块对应的背光灯的亮度补偿；以及背光灯驱动控制单元，其根据通过所述亮度补偿单元获得的补偿信息，进行所述显示画面中包含的每个块的背光灯的驱动控制。
2.根据权利要求1所述的亮度控制装置，其特征在于，所述亮度补偿单元，根据通过所述影像信息分析单元获得的分析结果，进行针对背光灯的亮度值的偏移补偿和/或非线性补偿。
3.根据权利要求1或2所述的亮度控制装置，其特征在于，所述亮度控制装置具有影像补偿单元，其根据通过所述亮度补偿单元获得的针对所述背光灯的亮度补偿信息，来进行针对所述影像信号的补偿。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的亮度控制装置，其特征在于，所述影像信息分析单元，使用所述亮度直方图信息、所述颜色直方图信息以及所述频率直方图信息中的至少一个和所述平均亮度电平，来分析所述影像帧中的亮度变化为预定值以上的区域。
5.一种亮度控制方法，其用于进行与显示所输入的影像信号的显示画面对应的背光灯的亮度控制，其特征在于，具有以下步骤影像信息分析步骤，对从所述影像信号中包含的影像帧中获得的平均亮度电平、亮度直方图信息、颜色直方图信息以及频率直方图信息中的至少一个要素中的信息进行分析；块信息取得步骤，根据通过所述影像信息分析步骤获得的分析结果，将影像帧分割为预定的块，取得每个该块的影像信息；亮度补偿步骤，进行与通过所述块信息取得步骤分割出的各块对应的背光灯的亮度补偿；以及背光灯驱动控制步骤，根据通过所述亮度补偿步骤获得的补偿信息，进行所述显示画面中包含的每个块的背光灯的驱动控制。
6.根据权利要求5所述的亮度控制方法，其特征在于，所述亮度补偿步骤中，根据通过所述影像信息分析步骤获得的分析结果，进行针对背光灯的亮度值的偏移补偿和/或非线性补偿。
7.根据权利要求5或6所述的亮度控制方法，其特征在于，所述亮度控制方法具有影像补偿步骤，根据通过所述亮度补偿步骤获得的针对所述背光灯的亮度补偿信息，来进行针对所述影像信号的补偿。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的亮度控制方法，其特征在于，所述影像信息分析步骤中，使用所述亮度直方图信息、所述颜色直方图信息以及所述频率直方图信息中的至少一个和所述平均亮度电平，来分析所述影像帧中的亮度变化为预定值以上的区域。
全文摘要
本发明提供亮度控制装置以及亮度控制方法，使用户容易观看地在画面上显示最适当的影像，且实现高效率的消耗功率的削减。该亮度控制装置进行与显示所输入的影像信号的显示画面对应的背光灯的亮度控制，其中具有影像信息分析单元，其对从所述影像信号中包含的影像帧中获得的平均亮度电平、亮度直方图信息、颜色直方图信息以及频率直方图信息中的至少一个要素中的信息进行分析；块信息取得单元，其根据分析结果将影像帧分割为预定的块，取得每个该块的影像信息；亮度补偿单元，其进行与分割出的各块对应的背光灯的亮度补偿；背光灯驱动控制单元，其根据通过所述亮度补偿单元获得的补偿信息，进行所述显示画面中包含的每个块的背光灯的驱动控制。
文档编号G09G3/36GK102376270SQ20111024532
公开日2012年3月14日 申请日期2011年8月22日 优先权日2010年8月23日
发明者安达武志 申请人:三美电机株式会社, 有限会社Atrc
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